Java虚拟机(一)——JVM内存分类

• 传统程序语言：由程序员手动内存管理。C/C++，malloc申请内存和free释放内存，经常导致内存泄漏。

• 现代程序语言：自动内存管理。Java/C#，采用内存自动管理，程序员只需要申请使用，系统会检查无用的对象并回收内存。

JVM架构如下图所示。

JVM架构图

私有内存

• 程序计数器（Program Counter Register）
• Java虚拟机栈（JVM Stack）
• 本地方法栈（Native Method Stack）

多线程共享内存

• 堆（Heap）
• 方法区（Method Area）
• 运行时常量池(在方法区内分配)

各内存区域说明：

程序计数器（Program Counter Register）

• 每一条Java虚拟机线程都有自己的PC（Program Counter），线程私有
• PC存储当前方法
  在任意时刻，一条Java虚拟机线程只会执行一个方法的代码，这个正在被线程执行的方法称为该线程的当前方法 (current method)
• 当前方法不是native时，PC计数器就保存虚拟机正在执行的字节码指令的地址
• 当前方法是native时，那PC的值是undefined
• 该区域不会发生OutOfMemoryError异常。

JVM栈（JVM Stack，Java栈）

• 每个线程都有自己的Java虚拟机栈，线程私有
• 设置大小：-Xss设置每个线程堆栈大小
• 这个栈与线程同时创建，用于存储栈帧，每个方法从调用到完成对应一个栈帧在栈中入栈、出栈的过程。
  栈帧存储局部变量表、操作数栈等
• 引发的异常：
  栈的容量超过虚拟机规定最大容量，会抛出StackOverflowError异常。
  如果栈可以动态扩展，在尝试扩展时无法申请到足够的内存，或在创建新线程时没有足够内存区创建对应的虚拟机栈，会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈（Native Method Stacks）

• 存储native方法的执行信息
• 线程私有
• VM规范没有对本地方法栈做明显规定。
• 引发的异常：
  栈的深度超过虚拟机规定深度，抛出StackOverflowError异常。
  无法扩展内存时，引发OutOfMemoryError异常。

堆（Heap）

• 虚拟机启动时创建，所有线程共享，占用内存最大
• 对象实例和数组都在堆上分配内存
• 垃圾回收的主要区域
• 设置大小：-Xms 初始堆值，-Xmx最大堆值
• 引发的异常：无法满足内存分配，抛出OutOfMemoryError异常

方法区（Method Area）

• 存储JVM已经加载类的结构，所有线程共享
  (运行时常量池、类信息、常量、静态变量等)
• JVM启动时创建，逻辑上属于堆（Heap）的一部分
• 很少做垃圾回收
• 引发的异常
  无法满足内存分配时，抛出OutOfMemoryError异常

运行时常量池（Run-Time Constant Pool）

• Class文件中每个类或接口的常量池表的运行时表示形式
• 属于方法区的一部分
• 动态性
  Java语言并不要求常量一定只有在编译期产生
  比如String.intern方法
• 引发的异常：
  无法满足内存分配时，抛出OutOfMemoryError异常

以上可以汇总为如下的表格

名称	线程私有/共享	功能	大小	异常
程序计数器	私有	保存当前线程执行方法	通常固定大小	不会
JVM栈	私有	方法的栈帧	-Xss	StackOverflowError OutOfMemoryError
本地方法栈	私有	存储native方法信息	通常固定大小	StackOverflowError OutOfMemoryError
堆	共享	存储对象和数组	-Xms初始堆值 -Xmx最大堆值	OutOfMemoryError
方法区	共享	存储类结构/常量/静态变量	-XX参数设置	OutOfMemoryError
运行时常量池	共享	class中常量池运行时表示	从属于方法区	OutOfMemoryError

总结

• JVM的内存分类
• 各部分内存的作用